DE102004001799A1

DE102004001799A1 - Sensoreinrichtung zur Signalisierung von Verschleisszuständen an Schleifkörpern

Info

Publication number: DE102004001799A1
Application number: DE102004001799A
Authority: DE
Inventors: Winfried Herrmann; Bernd Kinast; Eckhard Munkow
Original assignee: Pantrac GmbH
Current assignee: Pantrac GmbH
Priority date: 2004-01-05
Filing date: 2004-01-05
Publication date: 2005-07-28
Anticipated expiration: 2024-01-06
Also published as: CN1906054A; US7430922B2; RU2006129322A; EP1704066A1; WO2005065985A1; US20070272506A1; RU2349465C2; DE102004001799B4

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Sensoreinrichtung zur Signalisierung von Verschleißzuständen an Schleifkörpern von Stromabnehmern elektrisch angetriebener Fahrzeuge, wobei die Schleifkörper auf metallische Träger fixiert sind. DOLLAR A Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Sensoreinrichtung anzugeben, die praktisch an jedem Ort der Schleifleiste erlaubt, Signalgeber zu installieren, die den jeweiligen Verschleißzustand der Schleifleiste signalisieren können, ohne dabei den Fahrbetrieb zu unterbrechen. DOLLAR A Die Lösung der Aufgabe erfolgt mit einer Sensoreinrichtung, die dadurch gekennzeichnet ist, dass sie aus in den Schleifkörper (2) eingebrachte Sacklöcher (3), aus mit den Sacklöchern (3) in Verbindung stehenden Übertragungskanälen (6) und aus einer Überwachungseinheit, wobei Sacklöcher (3) und Überwachungseinheit über die Übertragungskanäle (6) verbunden sind, besteht und dass sich in den Sacklöchern (3) ein bei einem bestimmten Verschleißzustand Signale erzeugendes Medium und im Übertragungskanal ein diese Signale bis zur Überwachungseinheit übertragendes Medium befindet.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Sensoreinrichtung zur Signalisierung von Verschleißzuständen an Schleifkörpern gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.
Die Stromabnehmer elektrisch betriebener Fahrzeuge bestehen in der Regel aus Schleifkörpern, die auf einem metallischen Träger befestigt sind, der wiederum mit einem Pantographen verbunden ist, der den Schleifkörper gegen einen stromführenden Leiter eines Oberleitungssystems drückt. Im Betrieb der elektrisch getriebenen Fahrzeuge unterliegen die Schleifkörper insbesondere bei hohen Geschwindigkeiten einer hohen Reibbeanspruchung. Darüber hinaus treten Vibrationen und auch stoßartige Belastungen auf. Zweck von Sensoreinrichtungen zur Signalisierung von Verschleißzuständen an Schleifkörpern ist es, im Rahmen des Überwachungs- und Sicherheitssystems dem bedienenden Personal Störungen und Verschleißzuständen zu signalisieren. Derartige Einrichtungen sind in verschiedenen Ausführungen bekannt.
So wird in der DE 44 254 60 A1 eine Betriebsüberwachungsanordnung für Schleifstücke von Stromabnehmern beschrieben. Die Anordnung ist insbesondere dadurch gekennzeichnet, dass der Schleifkörper trägerseitig eine Nut aufweist, in der ein Fluiddruck aufrecht erhalten wird. Bei Beschädigungen des Schleifkörpers, die zu einem Druckabfall in der Nut führt, wird umgehend ein Absenken des Pantographen und damit eventuell ein Stoppen des elektrisch angetriebenen Fahrzeuges bewirkt. Dieses System ist so ausgelegt, dass bei einem Druckabfall das Fahrzeug eventuell gestoppt wird und damit nachteiligerweise ein Problem bei der Rückführung bzw. Reparatur des Fahrzeuges entstehen können.
Vorstufen dieses Totalausfalles durch Ermittlung beginnender Verschleißzuständen sind mittels dieses Überwachungssystems nicht zu bewerkstelligen.
In der EP 0 525 595 A1 ist eine Überwachungseinrichtung für Stromabnehmer-Schleifleisten beschrieben, bei der in der Stromabnehmer-Schleifleiste mehrere Lichtleiter eingebettet sind. Die in der Schleifleiste eingebetteten Lichtleiter sind mit ihren Enden mit Sender und Empfänger verbunden, die Lichtimpulse durch die Lichtleiter senden und empfangen. Bei einer Beschädigung eines Lichtleiters würde die vorgegebene Lichtimpulsfolge gestört werden und damit eine Störung signalisiert werden. Nachteiligerweise erfordert die Einbringung der Lichtleiter in die Schleifleiste, wie sie hier beschrieben ist, relativ komplizierte technologische Abläufe, um diese Lichtleiter der Länge nach durch die Schleifleisten zu führen. Hinzu kommt eine mechanische Schwächung der Schleifleisten aufgrund der eingebetteten Lichtleiter.
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine Sensoreinrichtung anzugeben, die praktisch an jedem Ort der Schleifleiste erlaubt, Signalgeber zu installieren, die den jeweiligen Verschleißzustand der Schleifleiste signalisieren können ohne dabei den Fahrbetrieb zu unterbrechen.
Die Lösung der Aufgabe erfolgt mit den Merkmalen des Patentanspruches 1.
Demnach ist die erfindungsgemäße Sensoreinrichtung zur Signalisierung von Verschleißzuständen an Schleifkörpern von Stromabnehmern elektrisch angetriebener Fahrzeuge dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinrichtung aus in die Schleifkörper eingebrachte Sacklöcher, aus mit den Sacklöchern in Verbindung stehenden Übertragungskanälen und aus einer Überwachungseinheit, wobei Sacklöcher und Überwachungseinheit über die Übertragungskanäle verbunden sind, besteht und dass sich in den Sacklöchern ein bei einem bestimmten Verschleißzustand Signale erzeugendes Medium und im Übertragungskanal ein diese Signale bis zur Überwachungseinheit übertragendes Medium befindet.
Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
So ist in einer vorteilhaften Ausgestaltung das Signal erzeugende und übertragende Medium identisch.
Vorteilhafterweise ist in einer Weiterbildung das Signal erzeugende und übertragende Medium ein Druckfluid. Hierzu eignet sich insbesondere Druckluft.
In einer weiteren Weiterbildung ist das Signal erzeugende und übertragende Medium ein elektrisch leitendes Medium.
In einer weiteren Ausgestaltung ist das Signal erzeugende und übertragende Medium ein lichtleitendes Medium.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung sind das Signal erzeugende Medium und das Signal übertragende Medium nicht identisch wie beispielsweise bei der Umwand lung und Weiterleitung von Lichtsignalen in bzw. als elektrische Impulse.
Eine weitere Ausgestaltung sieht vor, dass das Signal erzeugende Medium ein Stromleiter, ein Lichtleiter, eine Photodiode oder eine Kamera ist.
Mehrere beabstandete Sacklöcher sind in einer weiteren Ausgestaltung vorgesehen, damit möglichst über den gesamten Schleifkörper der Verschleißzustand ermittelt werden kann.
Die Anordnung der beabstandeten Sacklöcher ist in einer weiteren Ausgestaltung vertikal ausgeführt.
Ein weiterer wesentlicher Vorteil der Erfindung ist die Möglichkeit, die Sacklöcher mit unterschiedlichen Lochtiefen zu versehen, so dass jederzeit der Verschleißzustand der Schleifkörper durch das Bedienungspersonal beurteilbar ist. Insbesondere im Hinblick auf die Weiterbildung, dass jedes Sackloch oder Gruppen von Sacklöchern getrennte Übertragungskanäle aufweisen.
Die Ausgestaltung der Erfindung, die Sacklöcher im Schleifkörper durch eine Seitenfläche unter spitzem Winkel in Richtung Schleiffläche zu führen, bietet den Vorteil, auch nachträglich auf besonders effektive Weise die Schleifleisten mit Sensoreinrichtungen zu versehen.
Weitere Ausbildungen der Erfindung sehen eine zylindrische oder auch eine Kegelform der Sacklöcher vor. Die Kegelform bietet den Vorteil, dass in Verbindung mit dem Einsatz von Photodioden oder einer Kamera die Größe des einfallenden Lichtquerschnittes kontinuierlich zu erfassen und damit ein Maß für den Vergleichszustand der Überwachungseinheit zu übermitteln. In diesem Fall sollte das Signal erzeugende Medium, wie z.B. eine Photodiode oder eine Kamera, im Bereich des Locheingangs des Sackloches angeordnet sein.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass im Falle eines Einsatzes einer Photodiode, einer Kamera oder eines Lichtleiters vorgesehen ist, in den Sacklöchern und den dazugehörigen Übertragungskanälen zusätzlich ein Druckfluid, wie z.B. Druckluft, anzulegen, damit im Falle des Freilegens der Sacklöcher, z.B. ein kegelförmiges Sackloch, durch den normalen Verschleiß eindringendes Material nach außen geblasen wird und die Photodiode, die Kamera oder der Lichtleiter nicht in seiner Funktion beeinträchtigt wird.
In einer Weiterbildung der Erfindung sind die Übertragungskanäle unterhalb des Kontaktwerkstoffes im Träger angeordnet und von dort mit weiteren Übertragungskanälen mit der Überwachungseinheit verbunden.
Eine weitere Ausgestaltung sieht vor, dass die mit den Sacklöchern in Verbindung stehenden Übertragungskanäle außerhalb des Trägers angeordnet sind und von dort mit weiteren Übertragungskanälen mit der Überwachungseinheit verbunden sind.
Durch die Verwendung von mehreren voneinander unabhängigen Luftzufuhrkanälen bzw. Schlauchleitungen können unter Einsatz separater, unterschiedlich eingestellter Überwachungsgeräte verschiedene Warnsignale mit unterschiedlichen Verschleißzuständen des Kontaktwerkstoffes angezeigt werden. Die angezeigten Verschleißzustände des Kontaktwerkstoffes sind von den Tiefen der Abströmdüsen im Kontaktwerkstoff abhängig. Unter Verwendung eines Luftzufuhrkanals können mehrere Warnstufen auch mit mehreren Abströmdüsen unterschiedlicher Länge und unterschiedlichen Durchmessers rea lisiert werden. Durch die Abströmdüse geringeren Durchmessers strömt weniger Medium ab. Die Durchflussmenge ist somit geringer als bei einer Abströmdüse größeren Durchmessers. Die Überwachungseinrichtung ordnet den entsprechenden Durchfluss dem entsprechenden Ausgangssignal zu.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Zeichnungen und Ausführungsbeispielen näher erläutert.
Es zeigen
1 eine schematische Seitenansicht einer auf einem Träger fixierten Schleifleiste mit Übertragungskanälen im Träger,
2 eine Schnittdarstellung eines Ansatzes des weiterführenden Übertragungskanals (Schnitt B-B von 1),
3 eine Schnittdarstellung eines Sackloches in dem Schleifkörper (Schnitt A-A von 1),
4 eine Schnittdarstellung eines Schleifkörpers mit außerhalb des Trägers angeordneten Übertragungskanals,
5 eine weitere Schnittdarstellung eines Sackloches (Schnitt C-C von 4),
6a eine schematische Seitenansicht unterschiedlich hoch eingebracher Sacklöcher,
6b eine Darstellung der horizontalen Verteilung der unterschiedlich hoch eingebrachten Sacklöcher,
7 eine geschnittene Darstellung eines Sackloches in Kegelform,
8 eine schematische Darstellung eines seitlich schräg eingebrachten Sackloches,
9 eine schematische geschnittene Darstellung der Sacklöcher mit Stromleiter, Photodiode und Lichtleiter und
10 eine schematische seitliche Schnittdarstellung der Sacklöcher mit Kegelform und angeordneter Photodiode und Lichtleiter.
1 zeigt eine auf einen Träger fixierte Schleifleiste mit Übertragungskanälen im Träger als Teil eines Stromabnehmers 1.
Die dazugehörigen Schnitte A-A und B-B sind in 3 und 2 dargestellt.
Ein Schleifkörper 2 ist mit seiner Grundfläche 22 auf eine Profilfläche 71 eines Trägers 7 fixiert. Beim Betrieb eines elektrisch angetriebenen Fahrzeuges kontaktiert eine Schleiffläche 21 des Schleifkörpers 2 die hier nicht dargestellte Oberleitung. Unterhalb der Profilfläche 71 des Trägers 7 sind Trägerkanäle 72 in den Träger 7 eingebracht. Die Trägerkanäle 72 erstrecken sich im wesentlichen über die gesamte Länge des Trägers 7. In dem Schleifkörper 2 sind Sacklöcher 3 so eingebracht, dass sie mit einem Locheingang 33 unmittelbare Verbindung mit dem Trägerkanal 72 aufweisen. Das Einbringen der Sacklöcher 3 in den Schleifkörper 2 kann so erfolgen, dass nach dem Fixieren des Schleifkörpers 2 auf der Profilfläche 71 des Trägers 7 eine Bohrung durch den Träger 7 und Trägerkanal 72 bis in den Schleifkörper 2 eingebracht wird. Die im Träger 7 bis in den Trägerkanal 72 dadurch entstandene Bohrung mit einem Verschlussstift 73 verschlossen, wie aus 3 zu entnehmen ist. 2 zeigt die Anordnung eines Einschraubelementes 61 in den Trägerkanal 72. Das Einschraubelement 61 ist mit einem Schlauchanschluss 62 versehen, an dem ein Übertragungskanal 6 angeschlossen werden kann. Im Träger 7 sind in dieser Darstellung zwei Trägerkanäle 72 vorgesehen. Das Vorsehen weiterer Trägerkanäle 72 ist möglich und hängt von der Anordnung und Anzahl der Sacklöcher 3 ab. Eine Lochtiefe 32, die vom Locheingang 33 bis zum Lochgrund 31 reicht, bestimmt eine Verschleißhöhe 23. Der Übertragungskanal 6 wird bis in die hier nicht dargestellte Überwachungseinheit weitergeführt. Als Signal erzeugendes und übertragendes Medium ist Druckluft vorgesehen, die in das System bestehend aus Übertragungskanälen 6, Trägerkanälen 72 und Sacklöcher 3 eingebracht wird. Im Fahrbetrieb verringert sich die Verschleißhöhe 23 durch Abtragung des Kontaktwerkstoffes. Wenn das Material soweit abgetragen ist, dass der Lochgrund 31 erreicht wird, entweicht die Druckluft, so dass ein deutlicher Druckabfall bzw. eine deutliche Änderung im Flusswiderstand der Druckluft auftritt, der als Verschleißsignal in der Überwachungseinheit verarbeitet und angezeigt wird.
Um durch die geöffnete Abströmdüse das Eindringen von Fremdkörpern/Wasser in das Verschleißüberwachungssystem zu verhindern, strömt durch die geöffnete Abströmdüse während des Einsatzes kontinuierlich ein Luft-Gasgemisch ab. Die Durchflussmenge kann verändert werden.
4 und 5 zeigen eine abgewandelte Variante des Übertragungskanales und des Sackloches 3. In das Sackloch 3, das wie oben beschrieben, in den Schleifkörper 2 eingebracht wird, wird eine Einschraubröhre 34 eingeführt. Eine außerhalb des Trägers 7 angebrachte drehbare Winkelver schraubung 35 ermöglicht den Anschluss von als Schläuche ausgebildete Übertragungskanäle 6.
In 6a sind in den Schleifkörper 2 unterschiedlich hohe Sacklöcher 3 eingebracht. Dargestellt sind die Sacklöcher 3 mit einer Lochtiefe 32 A, B und C, wobei A die geringste Lochtiefe und C die größte Lochtiefe bedeutet.
Zusätzlich ist aus 6b mit Blick auf eine Schleiffläche 21 eine Verteilung der Sacklöcher 3 über die Breite des Schleifkörpers 2 zu erkennen.
Die unterschiedliche Lochtiefe 32 der Sacklöcher 3 ermöglicht vorteilhafter Weise Verschleißzustände zu einem frühen Zeitpunkt zu dokumentieren.
7 zeigt ein erfindungsgemäßes Sackloch in Kegelform. Die Kegelform bietet den Vorteil, dass bei Verwendung von lichtmessenden Signal erzeugenden Medien wie z.B. ein Lichtleiter 5, eine Photodiode 8 bzw. eine Kamera 9 ein Fortschreiten des Verschleißes mit der Zeit kontinuierlich registriert werden kann.
Bei der Verwendung eines Druckfluids steigt mit zunehmendem Verschleiß des Schleifkörpers die Abströmmenge des Fluids, was bei geeigneter Auswertung den jeweiligen Istzustand der Nutzstärke des Schleifkörpers angibt.
Die Darstellung gemäß 8, die ein Sackloch 3 schräg in den Schleifkörper 2, der auf dem Träger 7 fixiert ist, eingebracht zeigt. Mit der erfindungsgemäßen Ausgestaltung gemäß 8 ist es vorteilhafterweise möglich, bereits bestehende Schleifleisten nachträglich mit der erfindungsgemäßen Sensoreinrichtung zu versehen, ohne dass der Schleifkörper 2 vom Träger 7 gelöst bzw. die gesamte Schleifleiste bearbeitet werden muss.
Aus 9 ist beispielhaft die Darstellung der Anordnung des Stromleiters 4, des Lichtleiters 5 und der Photodiode 8 bzw. der Kamera 9 dargestellt. Erreicht die Abtragung des Schleifkörpers 2 den Lochgrund 31 des Sackloches 3 würden hier durch den Lichteinfall bzw. durch den entstehenden Stromfluss im Falle des Stromleiters 4 die entsprechenden Signale in die Überwachungseinheit übertragen werden.
Im Gegensatz dazu ist es gemäß 10 möglich, aufgrund der Kegelform des Sackloches 3 und der Anordnung der Photodiode 8 bzw. der Kamera 9 oder des Lichtleiters 5 im Bereich des Locheinganges 33 des Sackloches 3; die sich mit der Zeit im Falle des Fortschreitens des Verschleißes immer mehr vergrößernde Öffnung des Sackloches und den damit verbundenen größeren Lichteinfall kontinuierlich zu übertragen, um damit praktisch jederzeit den Verschleißzustand festzustellen.

1: Stromabnehmer
2: Schleifkörper
21: Schleiffläche
22: Grundfläche
23: Verschleißhöhe
24: Seitenfläche
3: Sackloch
31: Lochgrund
32: Lochtiefe
33: Locheingang
34: Einschraubröhre
35: Winkelverschraubung
4: Stromleiter
5: Lichtleiter
6: Übertragungskanal
61: Einschraubelement
62: Schlauchanschluss
7: Träger
71: Profilfläche
72: Trägerkanal
73: Verschlussstift
8: Photodiode
9: Kamera

Claims

Sensoreinrichtung zur Signalisierung von Verschleißzuständen an Schleifkörpern von Stromabnehmern elektrisch angetriebener Fahrzeuge, wobei die Schleifkörper auf metallische Träger fixiert sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinrichtung aus in den Schleifkörper (2) eingebrachte Sacklöcher (3), aus mit den Sacklöchern (3) in Verbindung stehenden Übertragungskanälen (6) und aus einer Überwachungseinheit, wobei Sacklöcher (3) und Überwachungseinheit über die Übertragungskanäle (6) verbunden sind, besteht und dass sich in den Sacklöchern (3) ein bei einem bestimmten Verschleißzustand Signale erzeugendes Medium und im Übertragungskanal ein diese Signale bis zur Überwachungseinheit übertragendes Medium befindet.
Sensoreinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Signal erzeugende Medium und Signal übertragende Medium identisch ist.
Sensoreinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Signal erzeugende und übertragende Medium ein Druckfluid ist.
Sensoreinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Signal erzeugende und übertragende Medium ein elektrisch leitendes Medium ist.
Sensoreinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Signal erzeugende und übertragende Medium ein lichtleitendes Medium ist.
Sensoreinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Signal erzeugende Medium und Signal übertragende Medium nicht identisch ist.
Sensoreinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Signal erzeugende Medium ein Stromleiter (4), ein Lichtleiter (5), eine Photodiode (8) oder eine Kamera (9) ist.
Sensoreinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere beabstandete Sacklöcher (3) angeordnet sind.
Sensoreinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Sacklöcher (3) vertikal angeordnet sind.
Sensoreinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Sacklöcher (3) unterschiedliche Lochtiefen (5) aufweisen.
Sensoreinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Sackloch (3) oder Gruppen von Sacklöchern (3) separate Übertragungskanäle aufweisen.
Sensoreinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Sacklöcher (3) im Schleifkörper (2) durch eine Seitenfläche (24) unter spitzem Winkel in Richtung Schleiffläche (21) geführt sind.
Sensoreinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Sacklöcher (3) eine zylindrische Form aufweisen.
Sensoreinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Sacklöcher (3) eine Kegelform aufweisen.
Sensoreinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Signal erzeugende Medium an einem Lochgrund (31) des Sackloches (3) angeordnet ist.
Sensoreinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Photodiode (8) oder die Kamera (9) im Bereich eines Locheinganges (33) des Sackloches (3) angeordnet ist.
Sensoreinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Photodiode (8) oder die Kamera (9) in einem kegelförmigen Sackloch (3) angeordnet ist.
Sensoreinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass in den Sacklöchern (3), in denen eine Photodiode (8), eine Kamera (9) oder ein Lichtleiter (5) angeordnet sind und in den dazu gehörigen Übertragungskanälen (6) zusätzlich ein Druckfluid anliegt.
Sensoreinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die mit den Sacklöchern (3) in Verbindung stehenden Übertragungskanäle (6) unterhalb des Schleifkörpers (2) im Träger (7) angeordnet sind und von dort mit weiteren Übertragungskanälen mit der Überwachungseinheit verbunden sind.
Sensoreinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass die mit den Sacklöchern (3) in Verbindung stehenden Übertragungskanäle (6) außerhalb des Trägers angeordnet sind und von dort mit weiteren Übertragungskanälen mit der Überwachungseinheit verbunden sind.
Sensoreinrichtung nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 8 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Übertragungskanäle (6) als Schläuche, Rohre, Trägerkanäle, Lichtleiter oder Stromleiter ausgebildet sind.
Sensoreinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass in der Überwachungseinheit eine Signalerfassungs- und -bearbeitungseinrichtung integriert ist.